9
BAB II TINJAUAN PUSTAKA A. Jeruk Nipis (Citrus Aurantifolia Swingle) 1. Taksonomi Jeruk Nipis (Citrus Aurantifolia Swingle) Adapun taksonomi dari jeruk nipis yaitu sebagai berikut:16 Kerajaan
: Plantae
Divisi
: Spermatophyta
Subdivisi
: Angiospermae
Kelas
: Dikotil
Ordo
: Rutales
Famili
: Rutaceae
Genus
: Citrus
Spesies
: Citrus Aurantifolia Swingle
Gambar II.1. Jeruk Nipis (Citrus Aurantifolia Swingle)
16
Sarwono. Didalam Firdhany Armanda, Studi Pemanfaatan Buah Jeruk Nipis (Citrus Aurantifolia Swingle) sebagai Chelator Logam Pb dan Cd dalam Udang Windu (Penaeus Monodon), Bahan Skripsi Fakultas Farmasi, Universitas Sumatera Utara, 2009, h. 4
9
10
2. Morfologi Jeruk Nipis Jeruk nipis (Citrus aurantifolia Swingle) termasuk salah jenis citrus geruk. Tanaman jeruk nipis mempunyai akar tunggang. Jeruk nipis termasuk jenis tumbuhan perdu yang memiliki dahan dan ranting. Batang pohonnya berkayu ulet dan keras, sedangkan permukaan kulit luarnya berwarna tua dan kusam. Daunnya majemuk, berbentuk elips dengan pangkal membulat, ujung tumpul, dan tepi beringgit. Panjang daunnya mencapai 2,5-9 cm dan lebarnya 2-5 cm. Tulang daunnya menyirip dengan tangkai bersayap, hijau dan lebar 5-25 mm.17 Varietasnya yang terkenal ada 3 macam yaitu Citrus aurantum subspes aurantifolia var fusca yang umum dikenal sebagai jeruk nipis, C.aurantum subspes aurantifolia var Limetta (banyak diusahakan di Mexiko) dan C.aurantum subspes aurantifolia var Bergamia yang lebih dikenal sebagai jeruk bergamot penghasil minyak bergamot.18 Jadi yang digunakan pada penelitian ini adalah varietas Citrus aurantum subspes aurantifolia var fusca atau jeruk nipis. 3. Kandungan Jeruk Nipis Banyak unsur kimia yang bermanfaat dalam jeruk nipis, seperti linalin asetat, limonene, geranil asetat, sitral dan felladren. Jeruk nipis mengandung asam sitrat, asam amino (triptofan, lisin), minyak atsiri (sitral, limonen, felandren, lemon kamfer, kadinen, gerani-lasetat, linalil asetat, aktilaldehid, nnildehid) damar, glikosida, asam sitrun, lemak, 17
Ibid, h. 4 Sarwono di dalam Dyah Ermawati, Op.cit, h. 35
18
11
kalsium, fosfor, besi, belerang vitamin B1 dan C. Didalam 100 gram buah jeruk nipis mengandung: vitamin C 27 mg kalsium 40 mg, fosfor 22 mg, hidrat arang 12,4 g, vitamin B1 0,04 mg, zat besi 0,6 mg, lemak 0,1 g, kalori 37 kkal, protein 0,8 g dan air 86 g.19 4. Manfaat Jeruk Nipis Buah jeruk nipis selain kaya vitamin dan mineral juga mengandung zat bioflavonoid yang berguna untuk mencegah terjadinya pendarahan pada pembuluh nadi, kemunduran mental dan fisik, serta mengurangi luka memar. Disamping itu sari buah jeruk nipis mengandung asam sitrat 7% dan minyak atsiri “limonen”. Manfaat lain jeruk nipis adalah sebagai obat tradisional seperti obat batuk, penghilang rasa lelah, panas dalam, anti mabuk dan lain sebagainya. Jeruk nipis juga berguna untuk minuman seperti jus, sirup, perawatan kecantikan dan penyedap bumbu masakan. B. Sel Elektrokimia Sel elektrokimia adalah peranti dengan arus listrik yang dilewatkan melalui rangkaian eksternal yang dikaitkan dengan setengah reaksi oksidasi dan reduksi yang masing-masing terjadi pada anoda dan katoda.20 Sel elektrokimia adalah alat khusus yang dapat membuat interaksi antara energi kimia (reaksi kimia) dengan energi listrik. Sel elektrokimia terbagi menjadi dua macam, yaitu sel Galvani (sel Volta) dan sel elektrolisis.21
19
Ibid, h. 34 David W.Oxtoby, dkk, Op.cit, h. G6 21 Syukri S, Op.cit, h. 514 20
12
Perbedaan dari sel Galvani (sel Volta) dengan sel elektrolisis yaitu: Sel Galvani adalah alat yang dapat mengubah energi kimia menjadi energi listrik22, sedangkan sel elektrolisis adalah sel yang dapat menguraikan senyawa kimia dengan arus listrik.23 Pada sel Galvani (sel Volta) anoda disebut elektroda negatif (-) dan katoda disebut elektroda positif (+), sedangkan pada sel elektrolisis anoda disebut elektroda positif (+) dan katoda disebut elektroda negatif (-).24
Gambar II.2. Sel Elektrokimia 1. Jenis-jenis Elektroda Elektroda adalah penghantar listrik dan reaksi berlangsung dipermukaan elektroda.25 Ada dua jenis elektroda pada sistem sel elektrokimia, yaitu26:
22
Ibid, h. 525 Ibid, h. 547 24 Hiskia Ahmad, Op.cit, h. 46 25 Ibid, h. 45 26 Dogra, Op.cit, h. 513 23
13
a. Anoda: pada sel Galvanik, anoda adalah tempat terjadinya oksidasi, dan bermuatan negatif disebabkan oleh reaksi kimia yang spontan, elektron akan dilepaskan oleh elektroda ini. Pada sel elektrolisis, sumber eksternal tegangan didapat dari luar, sehingga anoda bermuatan positif apabila dihubungkan dengan katoda. Dengan demikian ion-ion bermuatan negatif mengalir ke anoda untuk dioksidasi. b. Katoda: adalah elektroda-elektroda tempat terjadinya reduksi berbagai zat kimia. Pada sel Volta, katoda bermuatan positif bila dihubungkan dengan anoda. Ion bermuatan positif akan mengalir ke elektroda ini untuk direduksi oleh elektron elektron yang datang dari anoda. Pada sel elektrolisis, katoda adalah elektroda yang bermuatan negatif. Pada penelitian ini elektroda yang digunakan adalah elektroda logam. Elektroda logam dicelupkan ke dalam suatu larutan yang mengandung ion-ion logam tersebut, dan elektroda logam ikut berperan pada reaksi kimia. Reaktivitas logam akan menjadi perantara, jika tidak demikian, logam-logam reaktif akan bereaksi dengan air dan tidak bekerja sebagai elektroda. Sebagai contoh adalah elektroda tembaga yang dicelupkan dalam larutan CuSO4. Secara umum ditulis sebagai Mn+|M, dan khususnya Cu2+(c)|Cu serta c adalah konsentrasi.27 Reaksi kimianya: Cu2+ + 2e- → Cu(s)
27
Ibid, h. 515
14
Elektroda ini terdiri atas logam yang setimbang dengan ion logamnya, seperti Zn, Cu, Cd, Na, dan sebagainya.28 2. Potensial Sel Suatu sel Galvani (sel Volta) menghasilkan listrik karena adanya perbedaan daya tarik dua elektroda terhadap elektron, sehingga elektron mengalir dari yang lemah ke yang kuat daya tariknya. Perbedaan potensial kedua elektroda disebut potensial sel atau daya gerak listrik (DGL) sel dalam satuan volt (V). Potensial sel dapat diukur dengan menggunakan alat potensiometer.29 3. Potensial elektroda standar Potensial elektroda standar dari suatu elektroda adalah DGL suatu sel terdiri dari elektroda yang dicelupkan ke dalam larutan yang mengandung ionnya dengan keaktifan satu dan elektroda hidrogen standar.30 Potensial elektroda standar dari suatu logam adalah beda potensial antara elektroda hidrogen standar dengan setengah sel yang terdapat logam tercelup dalam larutannya. Dengan konsentrasi 1molar pada 25 0C atau dengan kata lain DGL dari sel.31 Potensial elektroda standar bernilai positif jika nilainya lebih positif dari elektroda hidrogen standar, dan bernilai negatif jika nilainya lebih negatif dari elektroda hidrogen standar.32
28
Sukardjo, Kimia Fisika, (Jakarta: Rineka Cipta, 2001), h. 403 Syukri, Op.cit, h. 527 30 Hiskia Ahmad, Op.cit, h. 56 31 Ibid, h. 57 32 Dogra, Op.cit, h. 517 29
15
Nilai potensial elektroda standar digunakan untuk menghitung potensial dari suatu sel. Misalnya untuk mengetahui potensial sel sengtembaga. Dengan mengetahui potensial reduksi standar elektroda seng dan tembaga, maka kita dapat memperkirakan potensial sel dan reaksi sel Zn/Cu.33 Berikut adalah tabel potensial reduksi elektroda standar pada suhu 250C. TABEL II.1. POTENSIAL REDUKSI STANDAR PADA 250C No E0 (Volt) Setengah reaksi
33
1
-3,05
Li+ + e- ↔ Li
2
-2,92
K+ + e- ↔ K
3
-2,90
Ba2+ + 2e- ↔ Ba
4
-2,76
Ca2+ + 2e- ↔ Ca
5
-2,71
Na+ + e- ↔ Na
6
-2,38
Mg2+ +2 e- ↔ Mg
7
-1,67
Al3+ + 3e- ↔ Al
8
-0,83
2H2O + 2e- ↔ H2 + 2OH-
9
-0,76
Zn2+ + 2e- ↔ Zn
10
-0,74
Cr3+ + 3e- ↔ Cr
11
-0,44
Fe2+ + 2e- ↔ Fe
12
-0,36
PbSO4 + 2e- ↔ Pb + SO42-
13
-0,25
Ni2+ + 2e- ↔ Ni
14
-0,14
Sn2+ + 2e- ↔ Sn
15
-0,13
Pb2+ + 2e- ↔ Pb
James E. Brady, Kimia Universitas Asas dan Struktur Jilid Dua, (Jakarta: Binarupa Aksar Publisher, tt), h. 214
16
No.
E0 (Volt)
Setengah Reaksi
16
-0,04
Fe3+ + 3e- ↔ Fe
17
0,00
2H+ + 2e- ↔ H2
18
0,22
AgCl + e- ↔ Ag + Cl-
19
0,27
Hg2Cl2 + 2e- ↔ 2Hg + 2Cl-
20
0,34
Cu2+ + 2e- ↔ Cu
21
0,52
Cu+ + e- ↔ Cu
22
0,54
I2 + 2e- ↔ 2I-
23
0,77
Fe3+ + 3e- ↔ Fe
4. Reaksi Reduksi Oksidasi Reaksi redoks ditandai dengan serah terima elektron dari satu partikel kepada partikel yang lain.34 Reaksi oksidasi adalah reaksi dimana terjadi pelepasan elektron, pengikatan oksigen, dan kenaikan bilangan oksidasi. Reaksi reduksi adalah reaksi dimana terjadi pengikatan elektron, penurunan muatan, pelepasan oksigen, dan penurunan bilangan oksidasi.35 5. Elektrolit Elektrolit merupakan bagian penting dalam sel elektrokimia baik dalam pengoperasiannya maupun dan dalam sistem kelengkapannya. Selain itu elektrolit harus dapat menghantarkan elektron dan menghasilkan
34
Syukri,S, Op.cit, h. 515 Lisa Utami, Kimia Analitik, (Pekanbaru: Benteng Media, 2013), h. 96-97
35
17
elektron untuk menjalankan sel elektrokimia.36 Elektrolit tersebut dapat berupa pasta atau larutan.37 6. Larutan elektrolit Larutan adalah campuran yang membentuk satu fasa, yaitu yang mempunyai komposisi yang sama antara satu bagian dengan bagian lain didekatnya.38 Larutan elektrolit adalah larutan yang dapat menghantarkan arus listrik.39 Oleh karena itu, larutan senyawa yang menghantarkan listrik disebut senyawa elektrolit. Senyawa elektrolit membentuk ion dalam larutan. Pembentukan ion dipengaruhi oleh jenis pelarut, contohnya HCl membentuk ion dalam air, tetapi tidak dalam benzena.40 Seperti dinyatakan bahwa senyawa elektrolit dalam larutan terurai menjadi ion-ion. Pelarut memisahkan ion positif dan negatif karena terjadi ikatan antara ion dengan pelarut yang disebut solvasi. Jika pelarutnya air disebut proses hidrasi.41 Larutan elektrolit biasanya mengandung beberapa senyawa garam, asam, atau kombinasi dari keduanya. Jika dua lempeng logam yang berbeda atau elektroda dimasukkan kedalam larutan elektrolit, maka akan terjadi fenomena elektrokimia yang kompleks, yaitu kecenderungan ion-
36
Linda Suyati, Rahmad Nuryanto, Rahmaniar Anggrayni A, Op.cit, h. 2 Mohammad N.Amin and Pradip Peter Dey, Electrochemical Analysis of Fruit and Vegetable Freshness, (School of Enginering and Technology National University California USA, tt), h. 2 38 Syukri,S, Op.cit,h. 351 39 Hiskia Ahmad, Op.cit, h. 45 40 Syukri S, Op.cit, h. 378 41 Ibid, h. 379 37
18
ion logam berpindah kedalam larutan elektrolit dan ion-ion pada larutan elektrolit akan berkombinasi dengan logam.42 7. Hubungan antara E dan ∆G Kita dapat menurunkan hubungan antara fungsi Gibbs reaksi dan potensial sel arus nol dengan memperhatikan perubahan G pada saat reaksi sel bertambah dengan kuantitas sangat kecil pada beberapa komposisi.43 Adapun hubungannya secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut44 ∆G0 = -RT ln Q ∆G0 = -2,303 RT log Q ∆G0 = - nFE0 - nFE0 = -RT ln Q - nFE0 = -2,303 RT log Q 8. Persamaan Nernst Setelah didapatkan hubungan antar E0 dengan ∆G, maka persamaan diatas dapat diubah menjadi E = E0 –
log Q
Persamaan ini dihasilkan oleh Wolter Nernst pada tahun 1889, dan sekarang persamaan ini menggunakan namanya yang disebut persamaan Nernst. Persamaan diatas adalah hasil setelah nilai 2,303RT adalah 0,0592 V pada suhu 250C.
42
Mohammad N.Amin and Pradip Peter Dey, Op.Cit, h. 1-2 P.W.Atkins, Kimia Fisika, (Jakarta: Erlangga, 1996), h. 280 44 Hiskia Achmad, Op.Cit, h. 84 43
19
Suatu hal yang menarik mengenai persamaan ini adalah bahwa apabila semua konsentrasi ionik dalam sel adalah 1M dan tekanan parsial gas yang ada dalam perhitungan Q adalah 1 atm, maka nilai yang menyatakan aksi massa sama dengan 1 dan nilai Q sama dengan 1. Nilai log 1 sama dengan nol, apabila reaksi sel terjadi dibawah kondisi standar, E=E0. Sedangkan untuk menuliskan persamaan Nernst sel Volta, dibutuhkan persamaan reaksi yang setimbang. Misalnya sel seng dan tembaga dimana reaksi selnya adalah Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+ (aq) + Cu(s) Persamaan Nernst yang digunakan pada reaksi ini adalah45 E = E0 –
log
Atau dapat dituliskan46 E = E0 –
ln
dengan: E = potensial elektroda dalam V E0= potensial elektroda standar dalam V R = tetapan gas (8,314 JK-1mol-1) T = suhu dalam K F = tetapan Faraday (96500 coulomb) C. Sel Volta Penamaan sel volta diambil dari nama ilmuwan Italia Luigi Galvani dan Alessandro Volta.47 Sel Volta adalah sel dimana energi bebas dari 45
James E. Brady, Op.Cit, h. 226 Hiskia Achmad, Op.Cit. h. 67
46
20
reaksi kimia diubah menjadi energ listrik.48 Sel volta adalah penataan bahan kimia dan penghantar listrik yang memberikan aliran elektron lewat rangkaian luar dari suatu zat kimia yang teroksidasi ke zat kimia yang direduksi. Dalam sel volta, oksidasi berarti dilepaskannya elektron oleh atom, molekul atau ion
dan reduksi berarti diperolehnya elektron oleh
partikel-partikel ini.49 Sel Volta terdiri dari dua elektroda dan elektrolit.50 Suatu sel Volta atau sel Galvani dapat menghasilkan listrik karena adanya perbedaan daya tarik dua elektroda terhadap elektron, sehingga elektron mengalir dari yang lemah ke yang kuat daya tariknya.51 Dalam penelitian ini, yang digunakan adalah elektroda logam. Untuk menentukan suatu logam bertindak sebagai katoda dan anoda dapat dilihat melalui deret Volta yaitu susunan unsurunsur yang menunjukkan kekuatan pendesakan suatu logam terhadap logam lain. Perjanjian menetapkan elektroda hidrogen sebagai elektroda standar dengan potensial 0,0 volt.52 Semakin kekanan letak suatu unsur dalam deret Volta, maka semakin besar potensial reduksinya, artinya dalam sel Volta unsur tersebut lebih bertindak sebagai katoda (kutub positif). Semakin kekiri letak suatu unsur dalam deret Volta, maka semakin rendah potensial
47
Raymond Chang, Kimia Dasar Edisi Ketiga Jilid 2, (Jakarta: Erlangga, 2005), h. 197. Dogra, Op.cit, h. 511 49 Keenan,dkk, Ilmu Kimia Untuk Universitas, (Jakarta: Erlangga, 1984), h. 9 50 Hiskia Ahmad, Op.Cit, h. 44 51 Syukri S, Op.cit, h. 527 52 Ibid, h. 528 48
21
reduksinya, artinya dalam sel Volta unsur tersebut lebih bertindak sebagai anoda (kutub negatif). Adapun unsur-unsur dalam deret Volta adalah sebagai berikut: Li-K-Ba-Ca-Na-Mg-Al-Mn-Zn-Cr-Fe-Cd-Ni-Co-Sn-Pb-H-Cu-Hg-Ag-PtAu Sel Volta adalah sel elektrokimia dimana energi kimia dari reaksi redoks spontan diubah menjadi energi listrik. Prinsip kerja dari sel Volta adalah pemisahan reaksi redoks menjadi 2 bagian, yakni setengah reaksi reduksi di katoda dan setengah reaksi oksidasi di anoda. Persyaratan percobaan sel Volta adalah:53 1. Bahan pengoksidasi dan bahan pereduksi tidak berada dalam kontak fisik satu sama lain, tetapi terdapat dalam kompartemen-kompartemen yang terpisah, yang disebut setengah sel. Masing-masing setengah sel berisi larutan dan sebuah penghantar dari logam (elektroda). 2. Bahan pereduksi dan bahan pengoksidasi di dalam setengah sel itu mungkin elektroda itu sendiri, atau suatu zat padat yang diendapkan pada elektroda itu, atau gelembung gas di sekitar elektroda itu, atau zat terlarut dalam larutan di mana elektroda itu berada. 3. Larutan kedua setengah sel dihubungkan sedemikian rupa sehingga ionion dapat bergerak di antar keduanya. Untuk mencapai hal itu digunakan antara lain susunan berikut : a) larutan yang ringan dengan
53
Jeromel Rosenberg, Teori Dan Soal-Soal Kimia Dasar, (Jakarta: Erlangga, 1989), h. 259
22
teliti dilapiskan di atas larutan yang berat, b) kedua larutan itu dipisahkan dengan bahan berpori, seperti gelas baur, porselen tanpa glasir, atau serat yang disusupi oleh suatu elektrolit; c) kedua larutan itu dihubungkan dengan larutan elektrolit penghubung (jembatan garam).
